JavaScript 中的依赖注入

原创 ConardLi code秘密花园

大家好，我是 ConardLi。

依赖注入 DI (Dependency Injection) 是编程领域中一个非常常见的设计模式，它指的是将应用程序所需的依赖关系（如服务或其他组件）通过构造函数参数或属性自动注入的过程。这样做的好处是可以减少组件之间的耦合，更容易测试和维护。

我们先举个简单的例子，我们有两个简单的 A 类和 B 类，在 B 类中依赖了 A 类，我们在 B 类中对它进行实例化，并调用它的方法：

class A {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  log() {
    console.log("name: ", this.name);
  }
}

class B {
  a = new A("ConardLi");

  start() {
    this.a.log();
  }
}

const b = new B();
b.start();

但是这种写法是非常不灵活的， A 类作为一个依赖项，它的初始化的逻辑被硬编码到了 B 类中，如果我们想添加或修改其他的依赖项，必须要不断修改 B 类。

借助依赖注入的设计思想，我们可以将代码改写成下面这样：

class A {
  constructor(name) {
    this.name = name;
  }
  log() {
    console.log("name: ", this.name);
  }
}

class B {
  constructor(a) {
    this.a = a;
  }

  start() {
    this.a.log();
  }
}

const a = new A();
const b = new B(a);
b.start();

代码只做了很小的改动，最核心的变化就是我们将 A 类和 B 的实现完全分离开来了，他们无需再关心依赖的实例化，因为我们将依赖的注入提到的最外侧。

这也就是为什么我们常常将依赖注入和控制反转 IoC (Inversion of Control) 放在一起讲，控制反转即将创建对象的控制权进行转移，以前创建对象的主动权和创建时机是由自己把控的，而现在这种权力转移到第三方。

可能在这样简单的代码中我们还看不出来什么好处，但是在大型的代码库中，这种设计可以显着帮助我们减少样板代码，创建和连接依赖项的工作由一段程序统一处理，我们无需担心创建特定类所需的类的实例。

在 JavaScript 的各大框架中，依赖注入的设计模式也发挥着非常重要的作用，在 Angular、Vue.js、Next.js 等框架中都用到了依赖注入的设计模式。

JavaScript 框架中的依赖注入

Angular

在 Angular 中大量应用了依赖注入的设计思想。Angular 使用依赖注入来管理应用的各个部分之间的依赖关系，以及如何将这些依赖关系注入到应用中，例如你可以使用依赖注入来注入服务、组件、指令、管道等。

比如我们现在有个日志打点的工具类，我们可以使用 Injectable 将其指定为可注入对象。

// logger.service.ts
import { Injectable } from '@angular/core';

@Injectable({providedIn: 'root'})
export class Logger {
  writeCount(count: number) {
    console.warn(count);
  }
}

然后在组件中使用时，无需进行实例化，直接在 constructor 的参数中就可以取出自动注入好的对象：

// hello-world-di.component.ts
import { Component } from '@angular/core';
import { Logger } from '../logger.service';

@Component({
  selector: 'hello-world-di',
  templateUrl: './hello-world-di.component.html'
})
export class HelloWorldDependencyInjectionComponent  {
  count = 0;

  constructor(private logger: Logger) { }

  onLogMe() {
    this.logger.writeCount(this.count);
    this.count++;
  }
}

Vue.js

在 Vue.js 中，provide 和 inject 其实也使用了依赖注入的设计模式。

provide 属性可以用来在父组件中提供一个值，这个值可以在父组件的所有子组件中注入。

export default {
  name: 'Parent',
  provide() {
    return {
      user: this.user
    };
  },
  data() {
    return {
      user: {
        name: 'John',
        age: 30
      }
    };
  }
};

inject 属性可以用来在子组件中注入父组件提供的值。

// 子组件
export default {
  name: 'Child',
  inject: ['user'],
  computed: {
    userName() {
      return this.user.name;
    }
  }
};

React.js

在 React.js 中，并没有直接使用依赖注入的地方，不过我们依然可以借助一些第三方库来实现，比如我们可以通过 InversifyJS 提供的 injectable decorator 标记 class 是可被注入的。

import { injectable } from "inversify";

export interface IProvider<T> {
  provide(): T;
}

@injectable()
export class NameProvider implements IProvider<string> {
  provide() {
    return "World";
  }
}

在组件中，我们可以直接调用注入的 provide 方法，而组件内部不用关心它的实现。

import * as React from "react";
import { IProvider } from "./providers";

export class Hello extends React.Component {
  private readonly nameProvider: IProvider<string>;

  render() {
    return <h1>Hello {this.nameProvider.provide()}!</h1>;
  }
}

手动实现依赖注入

前面我们提到的 InversifyJS 实际上就是一个专门用来实现依赖注入的工具库，它主要就由 injectable 、inject 等几个装饰器组成的，这么神奇的功能究竟是咋实现的呢，下面我们手动来实现一下。

首先我们来明确一个需求场景，假设我们要使用 Koa 框架开发一个简单的 Node.js 服务。

在 Koa 中，Controller 用来处理用户请求和响应，它负责接收用户的请求，然后调用相应的服务或业务逻辑进行处理，最后将处理结果返回给用户。Service 用来封装业务逻辑和数据处理，它负责实现应用程序的核心功能。

Service 通常会被多个 Controller 所调用，它们之间是松散耦合的关系，我们希望用两装饰器来实现 Service 的自动依赖注入：

export default class UserController extends Controller {
  @Inject
  user: UserService;

  @UseService
  async list(ctx: ThriftContext): Promise<void> {
    const user = await this.user.findAll({ id: 1000 });
    console.log(1, user);
  }
}

在实现过程中我们可能会用到两个非常重要的 API，Metadata Reflection API 以及 Decorator API，我们先分别来回顾一下它们的基础知识。

Decorator API

装饰器模式是一种经典的设计模式，其目的是在不修改被装饰者（如某个函数、某个类等）源码的前提下，为被装饰者增加 / 移除某些功能。一些现代编程语言在语法层面提供了对装饰器模式的支持，并且各语言中的现代框架都大量应用了装饰器。主要用处分为两大类：

收集用户定义的类/函数的信息（例如，用于生成路由表，用于实现依赖注入，等等）
对用户定义的类/函数进行增强，增加额外功能

我们目前用的比较多的装饰器就是 TypeScript 的实验性装饰器，以及 ECMAScript 中还处于 legacy 阶段的 Decorator API，下面是它的用法：

装饰类的时候，装饰器方法一般会接收一个目标类作为参数，下面是一个示例，给类增加静态属性、原型方法：

const addField = target => {
  target.age = 17;
  target.prototype.speak = function () {
    console.log('xxx');
  };
};

@addField
class People {
  
}

console.log(People.age);
const a = new People();
a.speak();

类属性装饰器可以用在类的属性、方法、get/set 函数中，一般会接收三个参数：

target：被修饰的类
name：类成员的名字
descriptor：属性描述符，对象会将这个参数传给 Object.defineProperty

下面是一个示例，可以修改类属性为只读：

function readonly(target, name, descriptor) {
  descriptor.writable = false;
  return descriptor;
}

class Person {
    @readonly name = 'person'
}

const person = new Person();
person.name = 'tom';

Metadata Reflection API

Reflect 是 JavaScript 中的一个内置对象，它提供了一组用于操作对象的方法。它与其他内置对象类似，但是它的目的是为了提供一组用于操作对象的通用方法。

Reflect Metadata 是 ES7 的一个提案，它主要用来在声明的时候添加和读取元数据。

Reflect.getMetadata('design:type', target, key) 可以用来获取类 target 中属性 key 的类型信息：

function Inject() {
  return function (target: any, key: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
    const type = Reflect.getMetadata('design:type', target, key);
    console.log(type); // [class Service]
    return descriptor;
  };
}

export default class WebsiteController extends Controller {
  @Inject()
  service: Service

  // ... 
}

Reflect.getMetadata('design:paramtypes', target, key) 可以用来获取类 target 中属性 key 的函数参数类型；

Reflect.getMetadata('design:returntype', target, key) 可以用来获取类 target 中属性 key 的函数返回值类型。

除能获取固定的类型信息之外，也可以自定义 MetaData，并在合适的时机获取它的值，示例如下：

function classDecorator(): ClassDecorator {
  return target => {
    // 在类上定义元数据，key 为 `classMetaData`，value 为 `a`
    Reflect.defineMetadata('classMetaData', 'a', target);
  };
}

@classDecorator()
class SomeClass {
  
}

Reflect.getMetadata('classMetaData', SomeClass); // 'a'

好了，有了这些知识，我们就可以手动来实现一个依赖注入装饰器了。

实现依赖注入

再明确一下我们的需求：在不同服务的 Controller 中共用 Service，使用 Service 时可以自动获取已注入的 Service 实例，同时 Service 里可以获取到请求的 Context 信息。

首先我们来实现，Inject 装饰器：

在 Controller 中注册需要用到哪些 Service
通过 design:type 获取 Service 的类型信息
通过自定义 metadata 存储 Controller 中用到哪些 Service

function Inject(target: any, key: string) {
  console.log(`注册 Controller: ${target} Service: ${key}`);
  // 获取当前 Service 的类型
  const serviceClass = Reflect.getMetadata('design:type', target, key);
  // 获取当前 Controller 已经注册过的 Service List
  const serviceList = Reflect.getMetadata(META_KEY_CONTROLLER_SERVICE, target) || [];
  // 将当前 Service 进行追加
  Reflect.defineMetadata(
    META_KEY_CONTROLLER_SERVICE,
    [...serviceList, { serviceClass, serviceName: key }],
    target
  );
}

然后是 UseService 装饰器：

在请求过来时取出 metadata 中存储的 Controller 和 Service 对应信息
将 Service 实例化，并将 Context 传入 Service

function UseService(target: any, name: string, descriptor: PropertyDescriptor) {
  const value = descriptor.value;
  descriptor.value = async function (...args: any) {
    // 获取当前请求的 Context
    const [ctx] = args;
    // 取出当前 Controller 已绑定的 Service
    const serviceList = Reflect.getMetadata(META_KEY_CONTROLLER_SERVICE, target) || [];
    console.log(serviceList);

    for (let i = 0; i < serviceList.length; i++) {
      const { serviceClass, serviceName } = serviceList[i];
      // 实例化 Service 并绑定 Context
      const service = new serviceClass(ctx);
      Reflect.set(service, 'ctx', ctx);
      // 给当前 Controller 挂载 Service 实例
      Reflect.set(target, serviceName, service);
    }
    return await Promise.resolve(value.apply(this, args));
  };
  return descriptor;
}

好了，接下来就可以愉快的使用了～

export default class UserController extends Controller {
  @Inject
  user: UserService;

  @UseService
  async list(ctx: ThriftContext): Promise<void> {
    const user = await this.user.findAll();
    console.log(1, user);
  }
}

最后

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